基于云計算的一體化高清視頻會議組網研究

謝 波，崔志強，王 正

(國網河南省電力公司信息通信公司，河南鄭州450052)

基于云計算的一體化高清視頻會議組網研究

謝 波，崔志強，王 正

(國網河南省電力公司信息通信公司，河南鄭州450052)

結合實際，介紹了國網河南省電力公司行政、應急、衛星通信一體化高清視頻會議組網，高清視頻會議的設備級聯拓撲、帶寬分配、衛星通信系統高清化接入。重點闡述了原有一體化平臺的缺陷和基于云計算的高清視頻會議平臺應用的必要性，并對云計算平臺總體架構、云管理平臺、資源池的構成進行了分析。通過對云平臺中硬件設備的虛擬化、MCU級聯及動態調配和云平臺中會議流程標準化等關鍵技術進行研究和實現，保障了云平臺中高清視頻設備的安全、有效、穩定運行。

云計算;一體化高清視頻會議;云管理架構;MCU級聯;動態調度

隨著光網絡技術、高清視頻技術的發展，以720p、1 080i、1 080p為標準的高清視頻會議迅速發展，并逐漸替代原有的標清視頻會議系統。國網河南省電力公司行政、應急指揮高清視頻會議系統伴隨著技術的發展，已得到有效利用，并在電力生產、運營管控、應急指揮中發揮作用。

近年來，以云計算平臺為代表的統一架構模式，將分散的資源進行有效整合，重新布置并進行利用。將云計算平臺應用于國網河南省電力公司省—市—縣一體化的行政、應急、衛星車高清視頻會議組網中，將原有分散的MCU資源池、會議調度管理、流量管控、錄播服務等進行統一應用，已經對高清視頻會議系統的運行產生巨大影響［1］。

1 一體化高清視頻會議組網

1.1 行政、應急高清視頻一體化組網及帶寬分配

國網河南省電力公司高清視頻會議系統基于電力通信骨干傳輸網絡(包含河南電力通信傳輸一網絡、二網絡)，采用樹狀結構，覆蓋河南省公司、18個地市公司、10個二級機構及107個縣級公司。

近年來，國網河南省電力公司行政、應急指揮(運營監控)高清視頻會議系統先后建設、投入使用，并結合河南電力衛星應急通信系統高清化改造，進行省—市—縣一體化高清視頻組網，并使網絡具備延伸至鄉供電所的條件。整體網絡使用OSPF協議，將各網絡劃分成不同的區域，使網絡動態改變的區域對其他區域影響減小［2］。基于河南省電力傳輸一網絡、二網絡的專網通道、基于信息數據網的MPLS通道實現高清視頻會議組網的多重路徑，并在核心路由器中采用BFD切換技術，使得當前承載網絡出現故障時，能自動切換至備用系統，過程不需要人工干預。

河南電力行政、應急、衛星一體化高清系統如圖1所示。

圖1中省市互聯所使用的帶寬為24 Mbit/s。當召開省—市—縣聯席會議時，上行帶寬為:省公司發言或定時廣播輪詢地市公司、縣公司帶寬4 Mbit/s，省公司主會場主席輪詢帶寬4 Mbit/s，監控地市公司帶寬4Mbit/s，監控縣公司帶寬4 Mbit/s;下行帶寬為:地市公司收聽收看省公司會場或輪詢帶寬4 Mbit/s，縣公司收聽收看省公司會場或輪詢帶寬4 Mbit/s。

1.2 衛星應急系統一體化接入

衛星移動應急系統是應急保障體系的一部分，保證河南電網出現重大事件或抗災救災時的通信應急保障和指揮調度，可實現高清視頻會議、語音和協同辦公。系統共包含1輛應急指揮車、2輛應急通信車，在主站端和各地面衛星車設備配置高清視頻會議終端設備接入一體化高清視頻網絡。地面移動衛星車高清視頻系統及地面站資源系統接入一體化會議網絡如圖2所示。

圖1 河南電力一體化高清視頻會議系統圖

圖2 衛星應急系統高清視頻接入高清視頻會議系統拓撲圖

圖2中，為保證3輛車720p/60 Hz畫質(256色)高清視頻業務正常開展，經H.264編碼壓縮后所需帶寬約為4 Mbit/s。由于長租衛星帶寬過于昂貴，在實際使用過程中，車載高清會議系統經過適當抽幀播放，在保證最大限度的唇音同步情況下，采用2Mbit/s帶寬滿足高清視頻業務上下行需求(一般滿足人眼對高清視頻的需求)。

2 高清視頻會議云計算平臺

2.1 原有系統缺陷和云平臺應用的必要性

從標清會議時代開始，視頻會議系統資源封閉，不能有效調用。進入高清視頻會議后，一般的部署思路均在中心端和各業務匯聚端進行，造成MCU、錄播服務器、會議調度在中心端使用相對緊張，資源利用率比匯聚端高，而匯聚端MCU、錄播等使用相對中心端少，個別匯聚端資源池利用也較少。河南電力高清視頻會議隨著應急視頻會議系統的建設，省公司端行政、應急分別使用獨立的MCU，當MCU資源池緊張時，無法進行共享。會議用戶級別不清晰、會議模板無統一格式、會議申請和開展使用紙質工單，流程繁瑣。高清視頻會議的使用、管理冗雜，資源使用不均衡等問題日益嚴重。

云計算以數據為中心，將物理資源虛擬化來完成密集型數據的計算處理，在其平臺上可以提供對用戶透明的服務。管理者和用戶無需了解云計算模式的具體機制，就可以得到云平臺通過資源調度實現的按需分配服務。

2.2 云平臺設計架構

基于云平臺的河南電力高清視頻會議系統通過云管理平臺，實現高清視頻資源及相關基礎服務的高效管控，縮短資源池中業務交付時間，通過統一平臺實現應用服務定義、用戶服務請求、資源調度、部署、運行和服務質量管理等端到端的管理［3］。高清視頻會議系統云計算平臺架構如圖3所示。

圖3 高清視頻會議組網云平臺總體架構

云管理平臺服務層實現高清視頻會議所需的服務。GK(GateKeeper)管理、MCU接入、用戶資源和權限管理、會議監控、會議發起單位和會議運行流程、會議級別、會議模板。通過服務層實現不同級別會議的申請、批準、召開、設備準入等一套完整的流程。管理層實現服務供應和MCU資源調度、會場模板管理;用戶準入與服務級別定義、資源虛擬化分配。管理層通過MCU資源調度、GK管理，實現會議多點連接和控制，并對云用戶申請的會議資源類型進行實現。

2.3 云管理平臺及資源池

云管理平臺的用戶包括管理員、自定義管理員、服務設計者和最終用戶，也包括服務審批人員、公司執行管理人員等。高清視頻會議一體化組網的云平臺資源池物理資源包括X86服務器、HP小機、網絡和存儲資源、MCU資源、會議終端等。

云管理平臺中管理員負責高清視頻會議云平臺中神經中樞單元網閘 GK的操作，完成高清視頻會議H.323網絡的地址解析、接入控制區域管理、地址解析、認證授權，負責MCU資源池的資源調度管理。自定義管理員執行管理員賦予的部分權限。會議服務申請人員和服務審批人員通過在云平臺中集成河南公司協同辦公系統，開放接口，實現會議的統一申請和審批，并流轉至會議運行。服務設計者負責對省公司、直屬單位、地市公司、縣公司會議模板的管理和更改。最終用戶負責發起會議、執行相關會議的操作。云平臺中典型的會議流程如圖4所示。

圖4 云管理平臺中業務實現圖

3 關鍵技術分析

3.1 云平臺硬件設備互聯和虛擬化

基于現狀，現階段利用河南電力光傳輸網絡將高清視頻會議系統所使用的分布部署的服務器資源、MCU資源進行有效級聯，并將高清視頻云平臺和河南電力信息化云平臺SAN存儲網絡進行接口設計。分布部署的PC服務器采用虛擬化技術和硬件輔助技術，利用虛擬機監視器(Virtual Machine Monitor，VMM)來模擬底層硬件的功能［4］，將VMM安裝在服務器硬件設備中，并為上層系統提供虛擬的運行環境，進而實現不同用戶對服務器資源的按需分配使用。

3.2 MCU級聯和資源池分析

MCU級聯和資源按需分配是高清視頻會議一體化云平臺的關鍵。云平臺建設前的行政、應急系統使用獨立的MCU平臺，無法進行業務端口共享。正式開會之前需要對各自系統進行提前預約，即對MCU資源進行預約，會議執行人員配置MCU資源，為參加會議預約的終端選擇合適的MCU，預約選擇的MCU端口是靜態的。若所有終端分配完畢后再對級聯端口進行調整，既浪費資源，也會導致實際能夠預約成功的會議預約不成功。

為有效解決預約MCU時資源不足或MCU故障，河南電力光傳輸網絡將高清視頻會議行政系統MCU、應急系統MCU平臺進行級聯入云平臺資源池，并基于現有MCU平臺進行平滑升級管理，實現資源的共享和調度［5］。MCU資源池調度策略如圖5所示。

圖5 MCU資源池調度策略

圖5調度流程中:各MCU預留M(按照目前會議數量設置為1)個級聯端口，按各MCU剩余資源數量N的多少排序;某預約會議需要A個終端入會，分配會議至資源排序第一MCU，若A＜N，會議進入待召開模式;若A＞N，分配A-N個終端至資源排序第二MCU并通過預留端口級聯，并判斷級聯后的MCU容量是否超載，如超載則繼續分配MCU，如不超載，會議進入待召開模式。通過MCU級聯和調度策略，實現云一體化平臺中MCU資源的共享、隨需使用，使得行政、應急省公司端、各地市端MCU不再是獨立的個體。

3.3 會議流程、模板標準化設計

會議流程通過將公司現有協同辦公系統與云平臺進行接口設計，通過會議流程在協同辦公系統和一體化高清視頻會議云平臺中流轉來實現。標準化模板、會議流程如圖6所示。

圖6 云平臺中標準化會議流程

協同辦公系統作為公司現有省、市、縣實現信息、業務和資源的協同管理軟件，在協同辦公中引入視頻會議流轉模塊，便于各業務部門進行會議申請。召開會議時，會議主辦方在協同辦公中提交會議申請、選定會議模板并發送至各發言單位，各發言單位根據需求進行業務申請，協同辦公系統將會議回執發布到云管理平臺中會管單元，會管單元自動在高清視頻會議召開系統內自動創建會議，并根據協同辦公傳遞的會議信息智能分配會議資源，調度會議管理MCU資源池。云管理平臺將生成會議的內容返回至協同辦公，協同辦公將會議召開、保障任務推送至會議執行人員。會議執行人員將任務推送回一體化平臺，會管單元根據工單在會議指定的時間范圍內自動關聯高清視頻會議設備，將該高清視頻會議終端設備添加到會議中，MCU資源池系統根據會管系統要求在會議指定的時間范圍內自動呼叫該會場入會。會議召開完成后，在云平臺中完成會議歸檔。

4 總結

經統一規劃，基于云計算平臺的河南省電力公司省—市—縣一體化行政、應急、衛星通信視頻會議系統實現了物理資源的虛擬化、MCU使用的智能化、會議流轉的標準化，使得視頻會議的基礎服務更加便捷、靈活，更加有效地保證了電力企業高清視頻會議網絡對電力系統生產運營、調度管理工作的促進。

［1］李棟，李媛敏，張秋華.1080p高清視頻會議系統設計應用案例［J］.電視技術，2010，34(10):109-110.

［2］張常亮，馬渝勇，劉一謙，等.MCU級聯的省市縣三級高清視頻會議系統設計［J］.電視技術，2012，36(9):137-141.

［3］董賀，徐凌宇.基于云平臺的軟件服務流體系結構［J］.上海大學學報:自然科學版，2013，19(1):14-20.

［4］羅軍舟，金嘉暉，宋愛波，等.云計算:體系架構與關鍵技術［J］.通信學報，2011，32(7):3-21.

［5］李寧，彭峰.MCU資源調度方法及系統:中國，101848170 A［P］. 2010-06-21.

Research on Integrated HD Video Conferencing System Based on Cloud Com puting

XIE Bo，CUIZhiqiang，WANG Zheng
(State Grid Henan Electric Power Company Information＆Communication Company，Zhengzhou 450052，China)

Combined with practical experience，in this paper，the realization of integrated Henan power administration，emergency and satellite communication HD video conferencing system based on cloud platforms is introduced，and also the topology of cascaded equipment，bandwidth allocation and access of HD satellite communication system.The flaw of original integrated platform and the necessity of using cloud computing ismainly described.The technical architecture of cloud computing，cloudmanagementand resource pooling is illustrated.All key technologies in the realization of cloud management platform for hardware components virtualization，MCU cascade and dynamic dispatching，conference standardization are carefully researched and achieved.Then safe，stable and efficient operation for HD video equipment is ensured.

cloud computing;integrated HD video conferencing system;cloud management platform;cascaded MCU;dynamic dispatching

TN915

A

??健男

2014-03-31

【本文獻信息】謝波，崔志強，王正.基于云計算的一體化高清視頻會議組網研究［J］.電視技術，2014，38(23).

謝 波(1985—)，碩士，工程師，從事電力通信、信息、自動化運行維護管理工作;

崔志強(1983—)，工程師，從事電力應急、視頻會議的運行維護管理工作;

王 正(1986—)，碩士，助理工程師，從事電力通信、視頻會議運行維護工作。